Phương phỏp bảo toàn điện tớch

A. C8H12O5 B C4H8O2 C C8H12O3 D C6H12O

2.4Phương phỏp bảo toàn điện tớch

2.4.1 Nội dung phương phỏp

Dựa vào định luật bảo toàn điện tớch đú là:

- Trong nguyờn tử, phõn tử luụn trung hoà về điện

- Trong 1 dd nếu tồn tại đồng thời cỏc ion dương và ion õm, thỡ tổng điện tớch õm luụn luụn bằng tổng điện tớch dương về giỏ trị tuyệt đối. Vỡ vậy dd luụn trung hoà về điện. Đõy là cơ sở để thiết lập cỏc phương trỡnh biểu diễn mối liờn hệ về số mol cỏc ion trong dd.

Theo PP BTe:

∑ số mol electron nhường = ∑ số mol electron nhận = Điện tớch cation kim loại.

Theo PP BTĐT: Điện tớch cation kim loại = Điện tớch anion tạo muối

⇒ ∑ số mol electron nhận = Điện tớch anion tạo muối Như vậy PP BTĐT là hệ quả của PP BTe

2.4.2 Dấu hiệu nhận biết

- Đối với cỏc bài về cấu tạo nguyờn tử: ∑p= ∑e.

- Đối với cỏc bài toỏn về dd: xỏc định số mol, nồng độ, khối lượng của 1 ion khi biết khối lượng của cỏc ion khỏc.

2.4.3 Những điểm đặc biệt cần lưu ý

- Phương phỏp được ỏp dụng trong cỏc trường hợp nguyờn tử, phõn tử, dd trung hoà điện.

- Trong phản ứng trao đổi ion của dd chất điện ly trờn cơ sở của PP BTĐT, ta thấy cú bao nhiờu điện tớch õm hoặc điện tớch dương chuyển vào trong kết tủa hoặc khớ tỏch ra khỏi dd thỡ phải trả lại cho dd bấy nhiờu điện tớch dương và điện tớch õm.

2.4.4 Cỏc vớ dụ minh hoạ

Vớ dụ 1: Trong một dd cú chứa a mol Ca2+, b mol Mg2+, c mol Na+, d mol Cl−. Biểu thức liờn hệ giữa a, b, c, d là:

A. a+b+c=d B. 2a+b+c=d C. 2a+2b+c=d D. 2a+2b+c=2d

Phõn tớch: Đối với bài này HS cú thể viết cỏc PTPƯ xảy ra trong dd và

giải như sau:

Ca2+ + 2Cl− → CaCl2 a 2a Mg2+ + 2Cl− → MgCl2 b 2b Na+ + Cl− → NaCl c c ∑nCl = 2a+2b+c =d ⇒Đỏp ỏn C

Cỏch giải thụng thường như trờn rất là mất thời gian. HS cú thể ỏp dụng PP BTĐT: trong một dd tổng điện tớch dương của cỏc cation bằng tổng điện tớch õm của cỏc anion: 2a+2b+c=d.

Vớ dụ 2: Cụ cạn và nung đến khối lượng khụng đổi 1 dd X chứa cỏc ion +

4

NH , Na+, Cu2+, NO3− thu được 18,35 gam chất rắn Y. Biết tỷ lệ số mol của cỏc ion NH4+, Na+, Cu2+ là 1:1,5:1. Tổng khối lượng cỏc muối trong X là:

A. 57,35 gam B. 34,97 gam C. 22,94 gam D. 39,55 gam

Phõn tớch: Đối với bài tập này HS cú thể giải bằng phương phỏp thụng

thường như sau: Gọi +

4NH NH n là x mol ⇒nNa+= 1,5x; nCu2+= x NH4+ + NO3− →NH4NO3 x x x Na+ + NO3− →NaNO3 1,5x 1,5x 1,5x Cu2+ + 2 − 3 NO →Cu(NO3)2 x 2x x Theo PTPƯ ⇒ ∑ − 3 NO n = x+1,5x+2x = 4,5(mol) Khi cụ cạn và nung: NH4NO3  →to N2O + 2H2O x x NaNO3  →to NaNO2 + 21 O2 1,5x 1,5x Cu(NO3)2  →to CuO + 2N2O + 12 O2 x x

Sau khi cụ cạn và nung thỡ chất rắn cũn lại là NaNO2 và CuO nờn ta cú: 1,5x.69 + 80x = 18,35 ⇒ x = 0,1 mol

Việc tỡm ra đỏp số của bài toỏn với cỏch giải như trờn sẽ mất thời gian lõu hơn so với cỏch giải ỏp dụng PP BTĐT như sau:

Gọi + 4 NH n là x mol ⇒ nNa+= 1,5x; nCu2+= x Áp dụng PP BTĐT ta cú : − 3 NO n = 4,5x mol (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Sau khi cụ cạn và nung thỡ chất rắn cũn lại là NaNO2 và CuO nờn ta cú : 1,5x.69 + 80x = 18,35 ⇒ x = 0,1 mol

⇒ mX = 18x + 23.1,5x + 64x + 62.4,5x = 39,55 gam Với bài toỏn này HS cú thể mắc những sai lầm sau:

- Cho rằng sau cụ cạn và đun chỉ cú NH4NO3 tạo ra N2O và H2O cũn lại là NaNO3 và Cu(NO3)2 nờn khối lượng X sẽ được tớnh là:

1,5x.(23+62) + x(64+62.2) = 18,35 ⇒ x = 0,058 mol

⇒mX= 18x + 23.1,5x + 64x + 62.4,5x = 395,5.x = 22,94 gam ⇒Đỏp ỏn C - Cho rằng cụ cạn và đun thỡ chỉ cú NH4NO3 và Cu(NO3)2 bị phõn huỷ, cũn lại là NaNO3 khụng bị phõn huỷ, nờn chất rắn Y là NaNO3 và CuO. Khi đú: 85x.1,5x + 64x +16x = 18,53 ⇒ x = 0,0884 mol ⇒mX= 18x + 23.1,5x + 64x + 62.4,5x = 395,5.x = 34,97 gam ⇒Đỏp ỏn B - Cho rằng cụ cạn và đun thỡ cú: 2Cu(NO3)2  →to 2CuO + 4N2O + O2 NH4NO3  →to N2O + 2H2O

4NaNO3  →to 2Na2O + 4NO2 + O2

Chất rắn Y là CuO và Na2O. Khi đú : 62.0,75x + 80x = 18,35 ⇒ x = 0,145 mol

⇒mX= 18x + 23.1,5x + 64x + 62.4,5x = 395,5.x = 57,37 gam ⇒Đỏp ỏn A Như vậy đỏp ỏn A, B, C là cỏc đỏp ỏn nhiễu

Vớ dụ 3: Hoà tan một số muối vào nước thu được dd A cú cỏc ion Ca2+

(0,05mol), Mg2+(0,15 mol), Cl−(0,2 mol) và HCO3− (y mol). Sau phản ứng xảy ra hoàn toàn, đun núng và cụ cạn hỗn hợp thu được m gam muối khan. Giỏ trị của m là:

A. 24,9 gam B. 12,7 gam C. 18,7 gam D. 24,7 gam

Phõn tớch: Với bài toỏn này HS cú thể giải theo phương phỏp thụng

thường bằng cỏch viết cỏc PTPƯ xảy ra trong dd, đặt ẩn số và giải hệ phương trỡnh. Tuy nhiờn với cỏch giải như thế thỡ sẽ mất rất nhiều thời gian. Vậy nờn HS cú thể ỏp dụng PP BTĐT để giải bài toỏn một cỏch nhanh chúng như sau:

Áp dụng PP BTĐT để tỡm số mol của HCO3− (y mol) Ta cú: y = 0,05.2 + 0,15.2 – 0,2.1 = 0,2 mol

Khi đun núng hh thỡ HCO3− khụng bền nờn: 2 − 3 HCO  →to 2− 3 CO + CO2 + H2O 0,2 0,1

Vậy dd gồm cú cỏc ion Ca2+ (0,05mol), Mg2+(0,15 mol), Cl−(0,2 mol) và 2−

3

CO (0,2 mol)

⇒Khối lượng muối = ∑ khối lượng của cỏc ion trong dd

= 0,05.40 + 0,15.24 + 0,2.35,5 + 0,1.60 =18,7 gam⇒Đỏp ỏn C

Khi giải bài toỏn này HS cú thể cú những nhầm lẫn sau:

- Áp dụng PP BT ĐT khụng đỳng, như quờn mất điện tớch của cỏc ion. Suy ra: y = 0,05 + 0,15 – 0,2 = 0 mol

Từ đú đưa ra kết luận trong dd khụng cú ion HCO3−

⇒mmuối = 0,05.40 + 0,15.24 + 0,2.35,5 = 12,7 gam ⇒ Chọn đỏp ỏn B - Một số HS quờn rằng khi đun núng thỡ ion −

3

HCO khụng bền và bị phõn huỷ tạo thành ion 2−

3

⇒mmuối = 0,05.40 + 0,15.24 + 0,2.35,5 + 0,2.61 = 24,9 gam⇒ Chọn đỏp ỏn A Như vậy đỏp ỏn A, B là đỏp ỏn nhiễu.

Vớ dụ 4: Trộn dd A chứa 0,02 mol Ba(OH)2 với dd B chứa 0,03 mol NaHCO3 và 0,01 mol Na2CO3 thu được dd C và kết tủa D. Cụ cạn dd C được khối lượng chất rắn là:

A. 3.06 gam B. 1,99 gam C. 2,7 gam D. 2,52 gam (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Phõn tớch: Với bài toỏn này cú thể giải bằng phương phỏp thụng thường như sau:

PTPƯ:

Ba(OH)2 + Na2CO3 → BaCO3 + 2NaOH (1) 0,01 0,01 0,02

→Ba(OH)2 dư 0,01 mol

Ba(OH)2 + 2NaHCO3 →BaCO3 + Na2CO3 + 2H2O (2) 0,01 0,02 0,01

→NaHCO3 dư là 0,01 mol sẽ tham gia phản ứng với NaOH sinh ra ở (1): NaOH + NaHCO3 →Na2CO3 + H2O

0,01 0,01 0,01

Chất rắn bao gồm: NaOH 0,01 mol, Na2CO3 0,02 mol

⇒mrắn= 40.0,01 + 106.0,02 = 2,52 gam

Việc giải bằng phương phỏp thụng thường như trờn để đi tỡm đỏp số của bài toỏn là rất mất thời gian, HS cú thể ỏp dụng PP BTĐT để giải nhanh chúng như sau:

Ta cú dd A: Ba2+ (0,02 mol), OH−(0,04 mol) Dd B: Na2+ (0 01 mol), HCO3−(0,03 mol), 2−

3CO (0,01 mol) CO (0,01 mol) PTPƯ: OH− + HCO3− → 2− 3 CO + H+ 0,03 0,03 0,03

⇒ OH− dư 0,01 mol, 2− 3 CO cú 0,04 mol Ba2+ + 2− 3 CO → BaCO3 0,02 0,02

⇒dd cũn lại chứa OH− 0,01 mol, 2− 3

CO 0,02 mol, Na+ 0,05 mol Khối lượng chất rắn là : m = 0,01.17 + 0,02.60 + 0,05.23 = 2,52 gam

⇒Chọn đỏp ỏn D

Khi giải bài toỏn này HS cú thể mắc cỏc sai lầm sau dẫn đến tỡm sai đỏp số của bài toỏn như sau:

- Sai lầm là vận dụng hời hợt cỏc phương trỡnh hoỏ học xảy ra, chưa nắm được phương phỏp giải bài tập cụ cạn (phải chỳ ý đến chất bay hơi, chất phõn huỷ): Từ số mol cỏc chất suy ra nBa2+< 2− 3 CO n →Ba2+ hết → n↓= nBa2+ ⇒mrắn= 0,02.171 + 0,03.84 + 0,01.106 – 0,02.197 = 3,06 gam⇒Đỏp ỏn A - Sai lầm là HS chưa xột mối qua hệ của cỏc chất sinh ra ở phản ứng này với chất dư hoặc sinh ra ở phản ứng khỏc (giữa NaOH dư với NaHCO3).

PTPƯ:

Ba(OH)2 + Na2CO3 → BaCO3 + 2NaOH 0,01 0,01 0,02

→Ba(OH)2 dư 0,01 mol

Ba(OH)2 + 2NaHCO3 →BaCO3 + Na2CO3 + 2H2O 0,01 0,02 0,01

→NaHCO3 dư là 0,01 mol, khi cụ cạn bị phõn huỷ sinh ra 0,005 mol Na2CO3

→Cụ cạn dd sản phẩm thu được NaOH, Na2CO3 cú khối lượng là : m = 0,02.40 + 0,015.106 = 2,39 gam ⇒Đỏp ỏn B

- HS khụng nhớ NaHCO3 với NaOH khụng đồng thời tồn tại trong dd và phản ứng phõn huỷ NaHCO3:

Ba(OH)2 + NaHCO3 →BaCO3 + NaOH + H2O 0,02 0,02 0,02

→NaHCO3 dư là 0,01 mol, Ba(OH)2 hết. Chất rắn sau khi cụ cạn là Na2CO3 (ban đầu), NaHCO3, NaOH cú khối lượng:

m = 0,01.84 + 0,01.106 + 0,02.40 = 2,7 gam ⇒Đỏp ỏn C Như vậy đỏp ỏn A, B, C là đỏp ỏn nhiễu

Vớ dụ 5: Cho hoà tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dd HCl 4M, thu được 5,6 lớt H2 (đktc) và dd D. Để kết tủa hoàn toàn cỏc ion trong D cần 300 ml dd NaOH 2M. Thể tớch HCl đó dựng là:

A. 100 ml B. 150 ml C. 15 ml D. 20 ml (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Phõn tớch: Theo bài ra ta cú:nH2 = 225,6,4 = 0,25 mol; nNaOH = 0,3.2 =0,6 mol

Đối với bài toỏn này HS cú thể viết từng PTPƯ xảy ra và giải như sau: Gọi a, b lần lượt là số mol của Mg và Fe trong hỗn hợp:

Ta cú: 24a + 56b = 10 (1) PTPƯ: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 a 2a a a Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 b 2b b b Theo PTPƯ: a + b = 0,25 (2) Giải hệ (1), (2) ta cú: a = b = 0,125 mol Dung dịch D: MgCl2, FeCl2, HCl (nếu dư) MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl 0,125 0,25

0,125 0,25

HCl + NaOH → NaCl + H2O 0,1 ← 0,1

⇒Số mol HCl đó dựng là: nHCl = 0,125.2 + 0,125.2 + 0,1 = 0,6 mol

⇒Thể tớch HCl: VHCl = 04,6 = 0,15 lớt = 150 ml ⇒Đỏp ỏn B

Với cỏch giải như trờn HS vẫn cú thể dễ dàng tỡm ra đỏp số bài toỏn, tuy nhiờn nú sẽ rất mất nhiều thời gian cho việc viết từng PTPƯ để giải. Ở đõy HS cú thể ỏp dụng PP BTĐT để giải nhanh gọn như sau:

Khi cho 0,6 mol NaOH vào dd D chứa Mg2+, Fe2+ và H+ (nếu dư). Dung dịch tạo thành chứa Cl- phải trung hoà điện với 0,6 mol Na+ : nCl−= nNa+= 0,6 mol

⇒Số mol HCl đó dựng là: nHCl = 0,6 mol

⇒Thể tớch HCl: VHCl = 04,6 = 0,15 lớt = 150 ml

Khi tỡm được thể tớch của HCl nhưng HS cú thể đổi sai đơn vị dẫn đến chọn sai đỏp ỏn.

Ở bài toỏn này đỏp ỏn C là đỏp ỏn nhiễu.

2.4.5 Hệ thống cỏc bài tập cú thể giải bằng phương phỏp bảo toàn điện tớch Bài tập 1: Trong một dd chứa a mol Na+, b mol Ca2+, c mol HCO3− và d mol Cl−. Biểu thức liờn hệ trong dd là:

A. a+2b = 2c +d B. a+2b = 2c+2d C. a+2b = c +d D. 2a + 2b = 2c + d

Bài tập 2: Cho thờm m gam K vào 300 ml dd chứa Ba(OH)2 0,1 M và NaOH 0,1 M thu được dd X. Cho từ từ dd X vào 200 ml dd Al2(SO4)3 0,1 M thu được kết tủa Y. Để thu được lượng kết tủa Y lớn nhất thỡ m cú giỏ trị là: A. 1,59 gam B. 1,17 gam C. 1,71 gam D. 1,95 gam

Bài tập 3: Dung dịch A chứa cỏc ion 0,6 mol Al3+, 0,3 mol Fe2+, a mol −

Cl , b mol 2− 4

SO . Cụ cạn dd A thu được 140,7 gam. Giỏ trị của a và b lần lượt là:

A. 0,6 và 0,9 B. 0,9 và 0,6 C. 0,3 và 0,5 D. 0,2 và 0,3

Bài tập 4: Hoà tan hoàn toàn 2,81 gam hỗn hợp gồm Fe2O3, MgO, ZnO trong 500 ml dd axit H2SO4 0,1 M (vừa đủ). Sau phản ứng cụ cạn dd muối thu được bao nhiờu gam muối khan?

A. 6,81g B. 4,81g C. 3,81g D. 5,81g

Bài tập 5: Dung dịch X cú chưa cỏc ion Ca2+, Al3+, Cl−. Để kết tủa hết ion Cl−trong 100 ml dd X cần dựng 700 ml dd chứa ion Ag+, cú nồng độ là 1 M. Cụ cạn dd X thu được 35,55 gam muối. Tớnh nồng độ mol cỏc cation tương ứng trong dd X.

A. 0,4 và 0,3 B. 0,3 và 0,2 C. 1 và 0,5 D. 2 và 1

Bài tập 6: Một dd chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol Cl−, y mol −

24 4

SO . Tổng khối lượng cỏc muối tan cú trong dd là 5,435 gam. Giỏ trị của x và y lần lượt là:

A. 0,03 và 0,02 B. 0,05 và 0,01 C. 0,01 và 0,03 D. 0,02 và 0,05

Bài tập 7: Chia hỗn hợp 2 kim loại A và B cú hoỏ trị khụng đổi thành hai phần bằng nhau:

- Phần 1: Tan hết trong dd HCl, tạo ra 1,792 lớt H2 (đktc) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Phần 2: Nung trong khụng khớ đến khối lượng khụng đổi thu được 2,84 gam chất rắn. Khối lượng hỗn hợp hai kim loại ban đầu là:

Bài tập 9: Dung dịch A chứa cỏc ion 2− 3 CO , 2− 3 SO , 2− 4 SO , và 0,1 mol HCO3−, 0,3 mol Na+. Thờm V lớt dd Ba(OH)2 1 M vào dd A thỡ thu được lượng kết tủa lớn nhất. Giỏ trị của V là:

A. 0,15 B. 0,2 C. 0,25 D. 0,5

Bài tập 10: Cho tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3

trong 500 ml dd NaOH 1 M thu được 6,72 lớt H2 (đktc) và dd D. Thể tớch HCl 2 M cần cho vào D để thu được lượng kết tủa lớn nhất là:

A. 0,175 l B. 0,25 lớt C. 0,255 lớt D. 0,52 lớt